Поняття магнітного поля є фундаментальним для розуміння магнетизму та його застосування у фізиці. Магнітне поле — це невидиме поле навколо магніту, яке діє на інші магніти або магнітні матеріали, наприклад залізо. Це поле дозволяє магнітам притягувати або відштовхувати один одного, не торкаючись.
Магнітне поле — це векторне поле, яке описує магнітний вплив на рухомі електричні заряди, електричні струми та магнітні матеріали. Магнітне поле створюється електричними струмами, які можуть бути макроскопічними струмами в проводах або мікроскопічними струмами, пов’язаними з електронами на атомних орбітах. Магнітне поле в будь-якій даній точці визначається як напрямком, так і величиною (або силою); як таке, це векторне поле.
Магнітні поля можна візуалізувати за допомогою ліній магнітного поля. Ці лінії починаються на північному полюсі магніту і закінчуються на південному. Щільність цих ліній вказує на силу магнітного поля: чим ближче лінії, тим сильніше магнітне поле. Лінії магнітного поля ніколи не перетинаються.
Напруженість і напрямок магнітного поля описуються вектором. Цей вектор позначається як \(\vec{B}\) , де \(B\) представляє величину магнітного поля, а стрілка вказує напрямок. Одиницею напруженості магнітного поля в Міжнародній системі одиниць (СІ) є тесла (Т).
Магнітне поле, спричинене рухомим зарядом \(q\) що рухається зі швидкістю \(\vec{v}\) у магнітному полі, описується силовим законом Лоренца, який визначається як:
\( \vec{F} = q(\vec{v} \times \vec{B}) \)де \(\vec{F}\) — сила, що діє на заряд, \(q\) — заряд, \(\vec{v}\) — швидкість заряду, а \(\vec{B}\) — вектор магнітного поля. Символ \(\times\) позначає перехресний добуток, що означає, що сила перпендикулярна як швидкості заряду, так і магнітному полю.
Магнітні поля створюються рухомими електричними зарядами. Наприклад, електричні струми, що протікають по дроту, створюють навколо дроту магнітне поле. Правило правої руки допомагає визначити напрямок магнітного поля навколо провідника зі струмом: якщо ви спрямуєте великий палець правої руки в напрямку струму, ваші пальці скручуються в напрямку магнітного поля.
Сама Земля діє як гігантський магніт з магнітним полем. Магнітне поле Землі подібне до поля стержневого магніту з магнітними силовими лініями, що простягаються від Південного магнітного полюса до Північного магнітного полюса. Магнітне поле Землі захищає планету від сонячного вітру, відхиляючи заряджені частинки.
Магнетизм присутній у багатьох аспектах повсякденного життя. Від компаса, який використовує магнітне поле Землі для навігації, до магнітних смуг на кредитних картках і навіть у таких медичних технологіях, як магнітно-резонансна томографія (МРТ), яка використовує сильні магнітні поля для створення зображень внутрішнього тіла.
Одне з найбільш значущих застосувань магнітних полів у техніці – це електромагніти. Обернувши дріт навколо шматка заліза та пропустивши по ньому електричний струм, створюється сильне магнітне поле. Цей принцип використовується в електродвигунах і генераторах.
Магнітні поля можна спостерігати та вивчати за допомогою кількох простих експериментів. Наприклад, якщо посипати залізні стружки навколо магніту, ви побачите схему ліній магнітного поля. Кожна стрічка стає маленьким магнітом і вирівнюється вздовж ліній магнітного поля, помітно показуючи напрямок і силу поля.
Магнітні поля є фундаментальним аспектом фізики, який впливає на багато аспектів природного та технологічного світу. Від макроскопічних масштабів магнітного поля Землі, що захищає життя від сонячного вітру, до мікроскопічних масштабів атомів, які впливають на магнітні властивості матеріалів, магнітні поля відіграють вирішальну роль. Розуміння магнітних полів та їх застосування дає змогу не лише зрозуміти принципи роботи Всесвіту, а й уможливити технологічний прогрес, який значно впливає на наше повсякденне життя.
